ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ. Лекции по курсу металлорежущие станки
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
Кинематическая группа Каждое исполнительное движение в станках осуществляется кинематической группой, представляющей собой совокупность источника движения, исполнительного органа, кинематических связей и органов настроек, обеспечивающих требуемые параметры движения. Название кинематической группы аналогично названию создаваемого ею исполнительного движения. Например, группу, создающую формообразующее движение, называют формообразующей группой и т.п. Структура кинематической группы может быть разнообразной и зависит от характера осуществляемого движения, числа исполнительных органов, потребности регулирования параметров движения. Под исполнительными органами понимают подвижные конечные звенья кинематической группы, непосредственно участвующие в образовании траектории исполнительного движения. Исполнительные органы, осуществляющие абсолютное или относительное движение заготовки или режущего инструмента в процессе формообразования, называют рабочими. Например, рабочими органами являются такие звенья станка, как стол, шпиндель, суппорт, ползун и т.п. В большинстве случаев исполнительные органы совершают вращательное или прямолинейное движение, т.е. являются подвижными звеньями вращательной или поступательной исполнительной кинематической пары. а) вращательная б) поступательная В зависимости от числа исполнительных органов кинематические группы делятся на простые и сложные. Простые группы имеют один исполнительный орган, а сложные – два и более исполнительных органов. Любая кинематическая группа включает в себя два качественно различных вида кинематической связи – внутреннюю и внешнюю. 19 Кинематическая связь в станках – это связь между звеньями или исполнительными органами станка, которая накладывает условия ограничения, не позволяющие занимать произвольные положения в пространстве относительно друг друга и иметь произвольные скорости. Под внутренней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих качественную характеристику движения, т.е. его траекторию. Внутренняя кинематическая связь группы в станках реализуется разными путями в зависимости от характера исполнительного движения, числа исполнительных органов в группе, требуемой точности образуемой производящей линии (траектории движения) и других факторов. Например, в простых кинематических группах она осуществляется соединением двух соприкасающихся звеньев исполнительной группы, одним из которых является сам исполнительный орган 1 группы, т.е. шпиндель, стол и т. д. [рис. а) и б)]. В сложных кинематических группах с двумя и более исполнительными органами внутренняя кинематическая связь реализуется в виде кинематической цепи (цепей) связывающей под- вижные исполнительные органы группы и обеспечивающей строгую функциональную согласованность их перемещений или скоростей. в) Эти цепи называют внутренними или функциональными. Причем кинематическое соединение исполнительных органов сложной группы может быть как механическим, т.е. цепью механических передач, так и не механическим, например, в виде электрической цепи, как в станках с ЧПУ. Например, рис. в), группа, обеспечивающая сложное движение (В 1 В 2 ) и имеющая два исполнительных органа I и II, содержит в своей структуре, как минимум, одну внутреннюю кинематическую цепь 1-4-2 между исполнительными органами. Под внешней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих количественные г) характеристики движения, т.е. его скорость, направление, путь и исходную точку. Обычно внешняя кинематическая связь сложной группы реализуется в виде кинематической цепи 3-4 между источником движения М и одним из звеньев внутренней связи группы (рис. в). Для простой кинематической группы внешняя кинематическая связь есть цепь 1-2 между источником движения М и исполнительным органом группы I (рис. г). Внешняя кинематическая связь 20 предназначена для передачи энергии от источника движения М во внутреннюю связь группы. На рис. д) показана структурная схема кинематической группы, обеспечивающей исполнительное движение (В 1 В 2 П 3 ) и имеющей три исполнительных органа. Для обеспечения функциональной согласованности перемещений или скоростей исполнительных органов I, II, III достаточно двух функциональных кинематических цепей, например, 1-5-2 и 2-5-3 или другого их сочетания. Внешняя кинематическая связь группы реализуется кинематической цепью 4-5. Для изменения и регулирования параметров движения в станках используют специальные устройства, которые в общем случае называются органами настройки. Органы настройки таких параметров движения, как траектория, скорость и иногда путь, на структурных схемах обозначают знаком с буквой i, а органы настройки направления движения – знаком Заштрихованная часть знака указывает на фактическое направление передачи движения через орган настройки. Органы настройки, регулирующие количественные характеристики движения, т.е. изменяющие скорость, направление, путь и исходную точку, всегда располагают во внешней связи кинематической группы (в цепи между источником движения и внутренней кинематической связью группы). Органы настройки, регулирующие качественную характеристику движения, т.е. его траекторию, располагают только во внутренней кинематической связи группы. д) Кинематическая структура станков Кинематическая структура станков представляет собой совокупность кинематических групп. Группы могут быть соединены между собой разными способами; их соединение зависит от многих факторов. Наибольшее влияние на соединение кинематических групп оказывают общность их исполнительных 21 органов и источника движения, а также необходимость координации во времени создаваемых группами движений. Всякое соединение двух кинематических групп осуществляется специальными дополнительными устройствами, такими, как суммирующие механизмы, реверсы, муфты и т.д. С учетом формообразующей части станка все многообразие кинематических структур металлорежущих станков можно разделить на три класса. 1. Класс элементарных структур Э, к которому относятся станки с кинематической структурой, содержащей только простые группы формообразования, т.е. группы, создающие движение Ф(В) и Ф(П). 2. Класс сложных структур С, к которому относятся станки с кинематической структурой, содержащей только сложные группы формообразования, т.е. группы, создающие движения Ф(В 1 В 2 ), Ф(В 3 П 4 П 5 ) и т.д. 3. Класс комбинированных структур К, к которому относятся станки с кинематической структурой, содержащей одновременно и простые и сложные группы формообразования. Каждый класс содержит определенное число типовых кинематических структур станков, которые можно условно записать буквой с последующими двумя цифрами. Буква указывает на класс, первая цифра – на число формообразующих групп, вторая цифра – на суммарное число простых вращательных и прямолинейных движений, составляющих все формообразующие движения станка. Например, запись К24 означает, что станок имеет комбинированную структуру, две группы формообразования с четырьмя простыми движениями. Как известно максимально возможное число групп формообразования в структуре станка равно трем. При составлении и анализе кинематической структуры станков следует четко представлять себе изделие в целом и те его поверхности, которые должны быть обработаны резанием – это означает, что обрабатываемую поверхность необходимо охарактеризовать как в поперечном, так и в продольном сечениях, т.е. установить соответствующие производящие линии, при относительном движении которых может быть образована данная поверхность. В результате анализа схемы резания, расположения обрабатываемых поверхностей и конструкции инструмента устанавливают потребность в движениях деления и врезания, и если они необходимы, то определяют их характер. После того как определены все движения формообразования, деления и врезания, которые определяют кинематику станка в основном, можно приступать к составлению и анализу структур кинематических групп, обеспечивающих эти движения. Составление и анализ структур кинематических групп станка проводят последовательно от одной к другой в следующем порядке: 1. Устанавливают число исполнительных органов; как правило, оно соответствует числу простых движений, образующих исполнительное движение. 2. Определяют внутреннюю кинематическую связь группы; для простых групп – это связь между звеньями кинематической пары, а для сложной 22 группы – функциональные цепи (цепь) между исполнительными органами. 3. Определяют источник движения и внешнюю кинематическую связь группы. 4. Устанавливают число и расположение органов настройки параметров движения. Кинематическая настройка станков Под кинематической настройкой станка понимают настройку его цепей, обеспечивающую требуемые скорости движений исполнительных органов станка, а также, при необходимости, условия кинематического согласования перемещений или скоростей исполнительных органов между собой. Цель таких согласований – образование поверхности с заданными формой, размерами, точностью и шероховатостью. Кинематическая настройка является составной частью наладки станка. В большинстве металлорежущих станков с механическими связями для настройки кинематических цепей применяют органы кинематической настройки в виде гитар сменных зубчатых колес, а также ременных передач, вариаторов, регулируемых электродвигателей, коробок скоростей и подач, характеристикой которых является общее передаточное отношение i органа. Значение передаточного отношения органа настройки определяют по формуле настройки. Для вывода формулы настройки любого органа кинематической настройки необходимо по кинематической схеме станка наметить такую цепь передач, в которой расположен данный орган и известны перемещения или скорости конечных звеньев этой цепи, связанные функциональной или требуемой зависимостью. Желательно, чтобы такая цепь передач, называемая в дальнейшем цепью согласования, включала в себя только один орган настройки, для которого выводят формулу. 1410 об.эл.дв. 80 об.шп. .; 80 1410 2 2 2 2 4 1 шп об e d i c b b а 1410 80 2 2 1 2 2 4 d b a e c b i Для выбранной цепи согласования составляют условие кинематического согласования перемещений ее конечных звеньев, совершающихся в течение определенного промежутка времени, или их скоростей. Эти перемещения могут быть угловыми, линейно-угловыми и линейными. С учетом условия 23 согласования перемещений или скоростей составляют уравнение кинематического баланса цепи согласования, в котором неизвестным является передаточное отношение i органа настройки. Уравнение баланса можно записывать от любого конца цепи согласования. Решение уравнения баланса относительно передаточного отношения органа настройки представляет собой формулу настройки. Рассмотрим методику анализа кинематической структуры станка и его кинематическую настройку на примере зубошлифовального станка для обработки прямозубых цилиндрических колес. На данном станке производится шлифование боковых поверхностей зубьев прямозубых цилиндрических колес дисковым обкатным кругом. В процессе формообразования оси обрабатываемого колеса и шлифовального круга взаимно перпендикулярны. Боковые поверхности зубьев обрабатываемого колеса в поперечном сечении характеризуется эвольвентой, а в продольном – прямой линией. Для формирования боковой поверхности зубьев колеса в продольном направлении используют метод касания, который в данном случае реализуется двумя движениями формообразования – вращением шлифовального круга Ф V (В Ш.КР ) и возвратно-поступательным движением ползуна Ф S1 (П Ш.КР ) вдоль зуба колеса. Профиль шлифовального круга имеет очертание профиля зуба прямозубой рейки, поэтому боковая поверхность зубьев колеса в поперечном направлении образуется методом обката, для чего необходимо одно сложное движение качения Ф S2 (П ЗАГ. В ЗАГ. ). так как шлифовальный круг имеет вид диска, шлифование боковых поверхностей зубьев колеса ведется последовательно от одной впадины к другой. Поэтому в станке должно быть движение деления Д (В ДЕЛ ), реализуемое поворотом колеса на определенный угол. Таким образом, кинематическая структура анализируемого станка должна содержать три группы формообразования и одну группу деления, причем три из них простые и одна – сложная. Группа движения Ф V (В Ш.КР ) Исполнительный орган – шпиндель шлифовального круга. Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется через связь вращательной кинематической пары, подвижным звеном которой является шпиндель круга, а неподвижным – опоры шпинделя. Внешняя кинематическая связь группы состоит из ременной передачи, соединяющей электродвигатель со шпинделем шлифовального круга. Группа движения Ф S1 (П Ш.КР ) Исполнительный орган – ползун с установленным шлифовальным кругом. Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется через поступательную кинематическую пару ползун – направляющие стойки. Внешняя кинематическая связь представляет собой цепь между электродвигателем Д 2 и ползуном. Формула настройки выводится так: n эл. дв. к дв. х. полз. , 77 1125 ; 120 28 75 22 k n k n к – число дв. ходов ползуна 24 - соответствует. Группа движения Ф S2 (П ЗАГ. В ЗАГ. ) Эта кинематическая группа сложная. Группа имеет два исполнительных органа: шпиндель стола с заготовкой и каретка, на которой смонтирован поворотный стол. Поворотный стол вращается (В ЗАГ. ), а каретка движется поступательно (П ЗАГ. ). Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется через функциональную цепь между кареткой и столом. Внешняя кинематическая связь группы представляет собой цепь между электродвигателем Д 3 и звеном присоединения к внутренней связи группы. Формула настройки: 1 об. заг. mz (1 об. заг.=D, где D=mz); 1 об. заг. mz i об 6 72 40 1 121 192 2 71 ; mz i об 7686 , 59 ; Здесь 121 192 - передаточное отношение дифференциала в цепи обкатки. Группа движения Д (В ДЕЛ. ) (группа деления) Исполнительный орган – шпиндель поворотного стола. Внутренняя кинематическая связь группы обеспечивается связью вращательной кинематической пары поворотный стол – каретка. Внешняя кинематическая связь группы представляет собой кинематическую цепь от электродвигателя Д 3 до шпинделя стола. В цепи деления применен двухдисковый делительный механизм. В нем n об. левого дискa n+1 об. правого диска 1 70 35 30 75 n n отсюда n = 4 об. Значит 4 об. левого диска 1/z об. заг. z i дел 1 71 2 192 71 4 ; z i дел 24 ; Здесь 192 71 - передаточное отношение дифференциала в цепи деления. Станки для обработки тел вращения Токарные и токарно-винторезные станки Впервые серийный выпуск токарно-винторезных станков в нашей стране был налажен в 1929 году на Московском заводе “Красный пролетарий”. Это был ТН-20, тихоходный, маломощный станок со ступенчато-шкивным приводом для обработки деталей до 400 мм. В 1932 году на смену пришёл ДИП-200, а с 1954г. начат выпуск станков модели 1К62 и его быстроходного исполнения 1М620. Сейчас они 25 модернизированы. Характерными размерами токарных станков является максимальный диаметр обработки над станиной, который колеблется от 100 до 6300 мм и максимальная длина обработки (от 125 до 20 000 мм). Кинематическая структура токарных станков содержит кинематические цепи привода вращения шпинделя и привода продольной и поперечной подачи. Реверсирование шпинделя выполняется электродвигателем, а включение и реверсирование подач – механизмами, расположенными в фартуке. Перемещение поворотных салазок, используемое для точения конусов и пиноли задней бабки – ручное, только в крупных станках эти движения механизированы. При токарно-винторезном использовании станка добавляется винторезная формообразующая кинематическая цепь, связывающая вращение шпинделя с продольной подачей от ходового винта. Подача при этом включается разъёмной гайкой М Г Реверсирование шпинделя вместе с винторезной цепью в этом случае в большинстве станков передаётся от электродвигателя специальному реверсивному механизму с фрикционными муфтами, т.к. при нарезании резьбы реверсирование требуется частое. В современных токарных станках имеется приводная цепь быстрых перемещений, сопрягаемая с цепью рабочих подач обгонной муфтой. Токарно-винторезный станок модели 1К62, например, предназначен для обработки деталей с диаметром над станиной до 400 мм и длиной до 710, 1400 и 3000 мм. 1 – станина; 2 – передняя бабка с коробкой скоростей; 3 – задняя бабка; 4 – фартук; 5 – коробка подач; 6 – суппорт. У него N = 10 кВт; z = 23; n = 12,5-2000 об/мин Станок мод. 1К620 является быстроходным вариантом станка мод. 1К62 с бесступенчатым регулированием частот вращения (рис. 2). Вместо первых двух 26 групповых передач привода шпинделя в этом станке поставлен механический бесступенчатый вариатор с раздвижными коническими шкивами и широким клиновидным ремнём 1 V i . Его диапазон регулирования Д б = 4. Четыре ступени переборной группы 2 V i включая прямую передачу на шпиндель, расширяют диапазон регулирования, обеспечивая n = 12,5 … 3000 об/мин. Управление вариатором выполняется включением электродвигателя Д У с N=0,5 кВт, вращающего барабанный кулачок К раздвижения шкивов. От ведомого вала вариатора получает вращение таходинамо Т д , скорость вращения которого регистрируется стрелкой вольтметра В. Она показывает по четырём шкалам, соответствующим четырём механическим ступеням фактическую частоту вращения шпинделя. В станке 1К620 механизирована подача верхней поворотной части суппорта для обеспечения точения конусов. Всё остальное унифицировано со станка 1К62. Лоботокарные станки предназначены для токарной обработки тяжёлых деталей большого диаметра, но небольшой длины (рис. 6). Передняя бабка лоботокарных станков монтируется на одной станине с суппортом, а у более крупных станков – на отдельном фундаменте. Заготовка крепится на планшайбе или в четырёх кулачковом патроне. Недостатки: 1) Не удобство установки и выверки тяжёлых заготовок на вертикальной плоскости планшайбы; 2) Неблагоприятные условия работы подшипников короткого, тяжело нагруженного шпинделя. (Поэтому эти станки вытесняются карусельными.) Преимущества: Они проще, дешевле карусельных станков и применяются в индивидуальном и мелкосерийном производстве на обдирке и при обработке не очень точных деталей. Специализированные токарные станки. Наибольшее распространение получили следующие специализированные токарные станки: 1. Многорезцовые 2. Вальцетокарные 3. Для обработки коленчатых валов 4. Слиткообдирочные 5. Колесотокарные и осетокарные для ж/д транспорта. 6. Трубо- и муфтообрабатывающие 7. Бесцентровообдирочные 8. Резьбообрабатывающие 9. Токарно-затыловочные Вальцетокарные станки предназначены для обработки прокатных валов с диаметром до 2 м и длинной до 8 м. Они выполняются очень жёсткими, т.к. служат для обработки как гладких, так и ручьевых сырых и закалённых валов не только продольной или криволинейной подачей по периметру ручьёв, но и поперечным врезанием очень широкого (до 250 мм) фасонного быстрорежущего резца. Слиткообдирочные станки (рис. 5) – для обдирки некрупных четырёх или многогранных слитков, перед их поступлением в прокатку. Они имеют возвратно- поступательное движение резца и его качение вокруг режущей точки для сохранения нормальных углов резания. Станки для токарной обработки коленчатых валов (рис. 4 стр. 3) бывают нескольких видов: а) для обработки средних коренных шеек и их щёк, с приводом от обоих крайних коренных шеек; б) для обработки в центрах обоих крайних коренных шеек, с приводом от средней обработанной коренной шейки через 27 разъёмную шестерню; в) для обработки шатунных шеек и их щёк, с приводом от обоих крайних шеек, смещённых от оси вращения на величину их эксцентриситета; г) для одновременной обработки всех шатунных шеек и их щёк. В этом случае коленчатый вал вращается вокруг оси коренных шеек, а суппорты вращения синхронно с ним, но вокруг оси, смещённой на величину эксцентриситета шатунных шеек. Резцы при этом остаются горизонтальными. Для обработки тяжёлых коленчатых валов применяют станки, на которых заготовки закрепляют неподвижно в люнетах, а вращение, движение подач и установочные движения сообщаются охватывающим резцовым головкам. Обработка ведётся последовательно всех шеек. Трубо- и муфтообрабатывающие станки – обрабатывают концы труб и муфт и нарезают на них соединительную коническую резьбу. Безцентровообдирочные валотокарные станки (рис. 22) предназначены для обработки длинных валов и обдирки прутков для последующей их обработки на револьверных станках и токарных автоматах. Обработка не вращающегося вала ведётся двумя вращающимися резцовыми головками – обдирочной (3) и чистовой (4). Подача прутка выполняется роликами. Концы обрабатываемого вала поддерживаются тележками. |